Projekt finansowany w ramach Regionalnego Programu Operacyjnego dla Województwa Pomorskiego na lata 2014 2020 ZAMAWIAJĄCY: WYKONAWCA: ZARZĄD DRÓG WOJEWÓDZKICH w GDAŃSKU 80-778 Gdańsk, ul. Mostowa 11A Sekretariat tel. (0 58) 320-20-28; tel. / fax. (0 58) 320-20-25; Regon: 191687276 www.zdw-gdansk.pl email: sekretariat@zdwgdansk.pl JEDNOSTKA PROJEKTOWA: OBIEKT BUDOWLANY: Przedsiębiorstwo Budowy Dróg S.A. ul. Pomorska 26A 83-200 Starogard Gdański Voessing Polska Sp. z o.o. ul. Grobla 17/5 61-859 Poznań Konsorcjum firm w składzie: Rozbudowa drogi wojewódzkiej nr 521 na odcinku Kwidzyn - Prabuty Odcinek A - Kwidzyn- Rakowiec o długości ok. 5,3 km ( rozpoczyna się w mieście Kwidzyn przy rondzie z DK 55, a kończy przy wjeździe do miejscowości Rakowiec) Odcinek B - Rakowiec Licze o długości ok. 4,77 km ( rozpoczyna się w m. Rakowiec, a kończy w m. Licze) Odcinek C - Licze Prabuty o długości 8,86 km ( rozpoczyna się w m. Licze, a kończy w m. Prabuty) ADRES OBIEKTU BUDOWLANEGO: województwo pomorskie, powiat kwidzyński, gmina Kwidzyn, gmina Prabuty KATEGORIA PRZEDMIOTU OPRACOWANIA: RODZAJ PROJEKTU: BRANŻA: NR TOMU: PBDW521.T1 CZĘŚĆ: PBDW521.T1_2 SPIS ZAWARTOSCI: NAZWA TOMU: NUMERY EWIDENCYJNE DZIAŁEK: KATEGORIA XXV - DROGI PROJEKT BUDOWLANY DROGOWA UKŁAD DROGOWY NA ODCINKU KWIDZYN - PRABUTY PROJEKT WZMOCNIENIA KONSTRUKCJI NAWIERZCHNI NA ODCINKU OD KM 10+875 DO KM 15+350 Z WYŁĄCZENIEM ODCINKA OD KM 14+380 DO KM 14+650 Strona 7 Strona 5 FUNKCJA: IMIĘ I NAZWISKO: SPECJALNOŚĆ I NR UPRAWNIEŃ: PODPIS: PROJEKTANT: mgr inż. Piotr Mazurowski POM/0078/POOD/08 SPRAWDZAJĄCY: mgr inż. Andrzej Sawoszczuk Konstrukcyjno - Budowlana KUP/5/POOK/03 DATA: NR UMOWY: NR EGZ.: 05.2017 Nr umowy 329/2016-2018
2
Projekt finansowany w ramach Regionalnego Programu Operacyjnego dla Województwa Pomorskiego na lata 2014 2020 ZAMAWIAJĄCY: ZARZĄD DRÓG WOJEWÓDZKICH w GDAŃSKU 80-778 Gdańsk, ul. Mostowa 11A Sekretariat tel. (0 58) 320-20-28; tel. / fax. (0 58) 320-20-25; Regon: 191687276 www.zdw-gdansk.pl email: sekretariat@zdwgdansk.pl WYKONAWCA: JEDNOSTKA PROJEKTOWA: OBIEKT BUDOWLANY: Przedsiębiorstwo Budowy Dróg S.A. ul. Pomorska 26A 83-200 Starogard Gdański Voessing Polska Sp. z o.o. ul. Grobla 17/5 61-859 Poznań Konsorcjum firm w składzie: Rozbudowa drogi wojewódzkiej nr 521 na odcinku Kwidzyn - Prabuty Odcinek A - Kwidzyn- Rakowiec o długości ok. 5,3 km ( rozpoczyna się w mieście Kwidzyn przy rondzie z DK 55, a kończy przy wjeździe do miejscowości Rakowiec) Odcinek B - Rakowiec Licze o długości ok. 4,77 km ( rozpoczyna się w m. Rakowiec, a kończy w m. Licze) Odcinek C - Licze Prabuty o długości 8,86 km ( rozpoczyna się w m. Licze, a kończy w m. Prabuty) Zgodnie z art.20 ust. 4 Ustawy z dn. 07.07.1994 r. Prawo budowlane, oświadczamy, że niniejszy projekt sporządzony został zgodnie z obowiązującymi przepisami oraz zasadami wiedzy technicznej i przekazywany jest w stanie kompletnym, z punktu widzenia celu, któremu ma służyć. FUNKCJA: IMIĘ I NAZWISKO: SPECJALNOŚĆ I NR UPRAWNIEŃ: PODPIS: PROJEKTANT: mgr inż. Piotr Mazurowski POM/0078/POOD/08 SPRAWDZAJĄCY: mgr inż. Andrzej Sawoszczuk Konstrukcyjno - Budowlana KUP/5/POOK/03 DATA: NR UMOWY: 05.2017 Nr umowy 329/2016-2018 3
4
Działki przeznaczone pod inwestycję w całości w liniach rozgraniczenia: Obręb 0003 Kwidzyn: 2/3 ; 27/2 ; 176/17 ; 174/8 ; 55/2 ; 187/5 ; 27/3 ; Obręb 0008 Kwidzyn: 1 ; 3/1 ; 5/7 ; 8/4 Obręb 0010 Górki: 20 ; 18/6 ; 82/19 ; 82/21 ; 82/24 ; 22/3 ; 21/7 ; Obręb 0023 Rakowiec: 146 ; 327 ; 365/6 ; 343 ; 445/4 ; 444/2 ; 445/5 ; 236 ; 144/3 ; Obręb 0014 Licze: 222 ; 127 ; 162 ; 204/3 ; 204/2 ; 42 ; 184 ; 186/4 ; 175/1 ; 71/1 ; 460 Obręb 0016 Młynisko: 284/4 ; 283/2 ; 282/2 ; 272/3 ; 271/3 ; 270/3 ; 269/3 ; 268/3 ; 267/2 ; 266/2 ; Obręb 0022 Raniewo: 33 ; Obręb 0001 Prabuty: 308/1 ; 313/1 ; 318/3 ; 326/1 ; Obręb 0003 Prabuty: 2 ; 27 ; 32/4 ; 33/1 ; 34/3 ; 28/1 ; Działki przeznaczone pod inwestycję przeznaczone do podziału: Obręb 0003 Kwidzyn: 27/1 ; 4/3 ; 6 ; 7/3 ; 7/18 ; 21/2 ; 173/10 ; 180 ; 187/4 ; 138/3 ; 139/1 ; 139/3 ; 139/4 ; 141/1 ; 141/2 ; 141/6 ; 142 ; 153 Obręb 0008 Kwidzyn: 46/8 ; 45/6 ; 44/7 ; 43/14 ; 18 ; 2/4 ; 4/3 ; 5/10 ; 5/6 ; 5/5 ; 6/6 ; 7/4 ; 17/35 ; 17/36 ; 411 ; 109/1 ; 110/1 ; 123/5 ; 123/4 ; 124/13 ; 418/4 ; 418/2 ; 418/3 Obręb 0010 Górki: 12/1 ; 14/21 ; 14/19 ; 14/26 ; 17/9 ; 17/12 ; 17/17 ; 17/30 ; 19/3 ; 19/5 ; 26/9 ; 26/11 ; 27 ; 60 ; 61/1 ; 23/40 ; 23/33 ; 154/6 ; 23/52 ; 23/61 ; 82/18 ; 82/20 ; 82/25 ; 23/27 ; 23/30 ; 23/31 ; 23/44 ; 23/37 ; 23/70 ; 23/64 ; 23/74 ; 23/71 ; 23/72 ; 21/8 ; 21/6 Obręb 0023 Rakowiec: 147/1 ; 150/1 ; 150/2 ; 151 ; 125 ; 175 ; 176 ; 177 ; 179/10 ; 128 ; 129 ; 138/2 ; 138/1 ; 179/5 ; 349 ; 344/1 ; 144 ; 610/1 ; 610/2 ; 279/2 ; 280/3 ; 363 ; 365/2 ; 365/3 ; 365/4 ; 281/6 ; 282/5 ; 282/4 ; 283 ; 284/1 ; 284/2 ; 284/4 ; 285/1 ; 285/2 ; 286/1 ; 373 ; 289/1 ; 289/2 ; 290/5 ; 258 ; 379 ; 380/9 ; 405/1 ; 292/2 ; 294 ; 636/2 ; 295/1 ; 296 ; 326/4 ; 407/1 ; 409/2 ; 409/3 ; 438 ; 439 ; 329 ; 330 ; 331 ; 332 ; 333/8 ; 334; 335/1 ; 336 ; 337 ; 339/2 ; 339/1 ; 339/10 ; 340 ; 341/1 ; 229/5 ; 229/6 ; 229/10 ; 630/7 ; 316 ; 317 ; 452 ; 453/2 ; 453/3 ; 453/1 ; 454 ; 455/1 ; 323/9 ; 325 ; 231 ; 232 ; 233 ; 234 ; 457/4 ; 457/2 ; 459/1 ; 459/9 ; 539/1 ; 637 ; 235/4 ; 235/2 ; 235/3 ; 224 ; 223/5 ; 543/2 ; 544 ; 545/3 ; 545/4 ; 545/6 ; 550 ; 222/1 ; 221/7 ; 221/8 ; 221/9 ; 221/10 ; 554/2 ; 555/3 ; 556/1 ; 556/2 ; 592 ; 238 ; 221/4 ; 217/5 ; 217/4 ; 217/8 ; 216/2 ; 215/3 ; 215/4; 215/6 ; 215/7 Obręb 0014 Licze: 199 ; 201 ; 202 ; 203 ; 204/1 ; 205/2 ; 218 ; 221/2 ; 221/1 ; 128/3 ; 128/1 ; 129 ; 130 ; 224/5 ; 135 ; 134/2 ; 136/4 ; 136/3 ; 136/2 ; 137/1 ; 137/2 ; 138 ; 139 ; 140 ; 144 ; 225/2 ; 230 ; 229/4 ; 229/3 ; 145 ; 146/1 ; 146/4 ; 146/3 ; 146/5 ; 244 ; 245; 246/1 ; 247 ; 148 ; 165 ; 147/5 ; 147/4 ; 43/1 ; 147/3 ; 40/1 ; 40/2 ; 45 ; 46/5 ; 46/4 ; 47/1 ; 51/2 ; 51/1 ; 52/2 ; 54/1 ; 467/1 ; 181 ; 182/3 ; 54/5 ; 182/4 ; 285/9 ; 55/1 ; 55/2 ; 59/3 ; 285/8 ; 186/5 ; 285/7 ; 285/6 ; 59/4 ; 59/9 ; 171/4 ; 472 ; 66/2 ; 473 ; 284/1 Obręb 0016 Młynisko: 274/1 ; 273/2 ; 272/1 ; 271/1 ; 270/1 ; 269/4 ; 263/3 ; 268/4 ; 262/3 ; 261/7 ; 260/1 ; 307 ; 284/3 ; 283/1 ; 282/1 ; 281 ; 272/2 ; 271/4 ; 271/5 ; 270/4 ; 270/5 ; 310 ; 278/2 ; 309 ; 267/1 ; 266/1 ; Obręb 0022 Raniewo: 107/20 ; 2/1 ; 78 ; 95 ; 96 ; 79 ; 80 ; 81 ; 82 ; 83/2 ; 84 ; 3 ; 4 ; 34 ; 5 ; 10 ; 25 ; 97/22 ; 97/21 ; 26 ; 27 ; 30/1 ; 30/2 ; Obręb 0026 Stary Kamień: 189 ; 190/3 ; 190/1 ; 191 ; 192 ; 195 ; 196/2 ; 200/1 ; 188 Obręb 0001 Prabuty: 283/2 ; 284 ; 288/7 ; 296 ; 297/2 ; 319 ; 325/1 ; 264 Obręb 0003 Prabuty: 1 ; 3 ; 4 ; 5/1 ; 5/2 ; 9 ; 10 ; 19/2 ; 19/1 ; 20 ; 22 ; 29 ; 32/11 ; 33/5 ; 34/4 ; 52 ; 54/4 ; 72 ; 5
6
SPIS ZAWARTOŚCI SPIS ZAWARTOŚCI... 7 SPIS DOKUMENTACJI PROJEKTU BUDOWLANEGO... 9 OPIS TECHNICZNY... 11 1 CEL I ZAKRES OPRACOWANIA... 11 2 MATERIAŁY WYJŚCIOWE DO OPRACOWANIA... 11 3 PROGNOZOWANY RUCH... 11 4 STAN ISTNIEJĄCY... 15 4.1 Stan nawierzchni istniejącej... 15 4.2 Konstrukcja nawierzchni istniejącej... 18 4.3 Parametry warstw istniejącej konstrukcji... 20 5 PROJEKTOWANA KONSTRUKCJA WZMOCNIENIA NAWIERZCHNI... 21 6 METODYKA OBLICZEŃ KONSTRUKCJI NAWIERZCHNI... 21 6.1 Podstawowe założenia projektowe... 21 6.2 Kryteria projektowe... 21 6.2.1 Kryterium spękań zmęczeniowych warstw asfaltowych... 22 6.2.2 Kryterium deformacji strukturalnych (odkształceń trwałych podłoża gruntowego)... 23 6.3 Stałe materiałowe... 23 6.3.1 Nowe warstwy asfaltowe... 23 6.3.2 Istniejące warstwy konstrukcji... 24 7 WYNIKI OBLICZEŃ TRWAŁOŚCI ZMĘCZENIOWEJ ZAPROJEKTOWANEJ KONSTRUKCJI NAWIERZCHNI WG. METODY MECHANISTYCZNEJ... 25 7.1 Przyjęcie konstrukcji do obliczeń... 25 7.2 Wyniki obliczeń... 26 8 KONSTRUKCJE NA POSZERZENIACH... 29 9 KONSTRUKCJE ULEPSZONEGO PODŁOŻA... 29 10 SPRAWDZENIE WARUNKU MROZOODPORNOŚCI NAWIERZCHNI... 30 7
8
SPIS DOKUMENTACJI PROJEKTU BUDOWLANEGO Nr tomu Nazwa PBDW521.PZT.T1 Projekt zagospodarowania terenu PBDW521.PZT.T2 Teczka formalno prawna PBDW521.PZT.T3 Teczka - grunty dla potrzeb inwestycji PBDW521.T1 Układ drogowy na odcinku Kwidzyn - Prabuty PBDW521.T1_1 Projekt rozbudowy drogi wojewódzkiej nr 521. PBDW521.T1_2 Projekt wzmocnienia konstrukcji nawierzchni. PBDW521.T1_3 Projekt stałej organizacji ruchu. PBDW521.T2 Obiekty inżynierskie na odcinku Kwidzyn - Prabuty PBDW521.T3 Odwodnienie na odcinku Kwidzyn - Prabuty PBDW521.T4 Przebudowa istniejących sieci wod-kan-gaz na odcinku Kwidzyn - Prabuty PBDW521.T4_1 Projekt przebudowy sieci wod-kan. PBDW521.T4_2 Projekt przebudowy sieci gazowej. PBDW521.T5 Sieci teletechniczne na odcinku Kwidzyn - Prabuty PBDW521.T5_1 Projekt przebudowy kolizji teletechnicznych. PBDW521.T5_2 Projekt budowy kanału technologicznego. PBDW521.T6 Sieci energetyczne na odcinku Kwidzyn - Prabuty PBDW521.T6_1 Projekt przebudowy sieci energetycznych. PBDW521.T6_2 Projekt zasilania i oświetlenia drogowego. PBDW521.T6_3 Sygnalizacja świetlna (część elektroinstalacyjna). PBDW521.T7 Obiekty kubaturowe na odcinku Kwidzyn - Prabuty PBDW521.T7_1 Projekt rozbiórki budynku w km 18+615. PBDW521.T7_2 Projekt przeniesienia krzyża przydrożnego w km 9+480. PBDW521.T8 Ochrona środowiska na odcinku Kwidzyn - Prabuty PBDW521.T8_1 Projekt wycinki. PBDW521.T8_2 Projekt nasadzeń i zagospodarowania zieleni. PBDW521.T9 Dokumentacja badań podłoża gruntowego na odcinku Kwidzyn - Prabuty PBDW521.T9_1 Opina geotechniczna PBDW521.T10 Operaty wodnoprawne PBDW521.T10_1 Operat wodnoprawny dla rzeki Liwy oraz Wandówki PBDW521.T10_2 Operat wodnoprawny dla rowów na terenie Gminy Kwidzyn PBDW521.T10_3 Operat wodnoprawny dla rowów na terenie Gminy Prabuty 9
10
OPIS TECHNICZNY 1 CEL I ZAKRES OPRACOWANIA Celem opracowania jest wykonanie projektu wzmocnienia konstrukcji nawierzchni przebudowywanej drogi wojewódzkiej nr 521 Kwidzyn Prabuty na odcinku od km 10+875 do km 15+350 z wyłączeniem odcinka od km 14+380 do km 14+650. Obliczenia wykonano dla okresu eksploatacji po przebudowie wynoszącego 20 lat. 2 MATERIAŁY WYJŚCIOWE DO OPRACOWANIA Materiały wyjściowe do opracowania: Wyniki badań ugięć konstrukcji nawierzchni ugięciomierzem dynamicznym FWD wraz z obliczeniem modułów sztywności Droga wojewódzka DW521, Scanlaser Tarnów, 2016 [1]; Rozporządzenie nr 430 MTiGM w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie z 2 marca 1999 r. [2]; Wymagania Techniczne WT-2 Nawierzchnie asfaltowe, Warszawa 2014 [3], Wymagania Techniczne WT-4 Mieszanki niezwiązane, Warszawa 2010 [4], Wymagania Techniczne WT-5 Mieszanki związane spoiwem hydraulicznym, Warszawa 2010 [5], Katalog wzmocnień i remontów nawierzchni podatnych i półsztywnych, IBDiM, Warszawa 2001 [6]; Zalecenia stosowania geowyrobów w warstwach asfaltowych nawierzchni drogowych, IBDiM, Warszawa 2004 [7]; Katalog typowych konstrukcji nawierzchni podatnych i półsztywnych załącznik do zarządzenia nr 31 Generalnego Dyrektora Dróg Krajowych i Autostrad z 16.06.2014 [8], Analizy i projektowanie konstrukcji nawierzchni podatnych i półsztywnych, praca zbiorowa pod redakcją J. Judyckiego, Warszawa 2014 [9]; Odwierty przez konstrukcję nawierzchni i podłoże archiwalne oraz wykonane przez Wykonawcę [10]; Generalny pomiar ruchu z roku 2015 strona internetowa GDDKiA [11]. 3 PROGNOZOWANY RUCH Ruch projektowy obliczono na podstawie wyników pomiaru ruchu z 2015 r przedstawionych w [11] według zasad przedstawionych w [8]. Założono oddanie drogi do eksploatacji w roku 2017, w związku z czym całkowity ruch w 20-letnim okresie eksploatacji obliczono dla lat 2017 2037. W Tabeli 1 przedstawiono obliczenia ruchu projektowego na analizowanym odcinku. 11
2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 prognozy wsk. wzrostu PKB 3,3 3,1 3,2 3,1 2,8 2,7 2,8 2,7 wsk. elastyczności We: samochody ciężarowe bez przyczep 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 samochody ciężarowe z przyczepami 1,07 1 1 1 1 1 1 1 wzrost ruchu: samochody ciężarowe bez przyczep 1,0116 1,0109 1,0112 1,0109 1,0098 1,0095 1,0098 1,0095 samochody ciężarowe z przyczepami 1,0353 1,0310 1,0320 1,0310 1,0280 1,0270 1,0280 1,0270 SDR [poj/rok] samochody ciężarowe bez przyczep 85 86 87 88 89 90 90 91 samochody ciężarowe z przyczepami 196 202 209 215 221 227 233 240 autobusy 37 37 37 37 37 37 37 37 ruch roczny [poj/rok] samochody ciężarowe bez przyczep 31025 31362 31713 32057 32371 32677 32997 33309 samochody ciężarowe z przyczepami 71540 73758 76118 78478 80675 82853 85173 87473 autobusy 13505 13505 13505 13505 13505 13505 13505 13505 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031 2032 2033 2034 2035 2036 2037 2,6 2,5 2,4 2,4 2,4 2,3 2,3 2,3 2,3 2,3 2,3 2,1 2,1 2 2 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,0091 1,0088 1,0084 1,0084 1,0084 1,0081 1,0081 1,0081 1,0081 1,0081 1,0081 1,0074 1,0074 1,0070 1,0070 1,0260 1,0250 1,0240 1,0240 1,0240 1,0230 1,0230 1,0230 1,0230 1,0230 1,0230 1,0210 1,0210 1,0200 1,0200 12
92 93 94 94 95 96 97 98 98 99 100 101 101 102 103 246 252 258 264 271 277 283 290 296 303 310 317 323 330 336 37 37 37 37 37 37 37 37 37 37 37 37 37 37 37 SUMA 2017-2037 33612 33906 34191 34478 34768 35048 35330 35614 35901 36190 36481 36750 37020 37279 37540 729 232 89747 91991 94199 96459 98774 101046 103370 105748 108180 110668 113213 115591 118018 120379 122786 2 080 940 13505 13505 13505 13505 13505 13505 13505 13505 13505 13505 13505 13505 13505 13505 13505 283 605 Tabela 1: Obliczenie ruchu projektowego 13
Całkowity ruch na analizowanym odcinku DW521 w latach 2017-2037 wyniesie: samochody ciężarowe bez przyczep: 729232 pojazdy samochody ciężarowe z przyczepami: 2080940 pojazdów autobusy: 283605 pojazdów Obliczenie prognozowanego ruchu projektowego Zgodnie z KTKNPiP [8], ruch projektowy obliczono według wzoru: N 100 = f 1 x f 2 x f 3 x (N C x r C + N C+P x r C+P + N A x r A ) gdzie: N 100 ruch projektowy w równoważnych osiach standardowych 100 kn na pas obliczeniowy N C sumaryczna liczba samochodów ciężarowych bez przyczep w okresie projektowy N C+P sumaryczna liczba samochodów ciężarowych z przyczepami w okresie projektowym N A sumaryczna liczba autobusów w okresie projektowym r C współczynnik przeliczeniowy liczby samochodów ciężarowych bez przyczep na liczbę osi standardowych 100 kn r C+P współczynnik przeliczeniowy liczby samochodów ciężarowych z przyczepami na liczbę osi standardowych 100 kn r A współczynnik przeliczeniowy liczby autobusów na liczbę osi standardowych 100 kn f 1 współczynnik obliczeniowego pasa ruchu f 2 współczynnik szerokości pasa ruchu f 3 współczynnik pochylenia niwelety Dla analizowanego odcinka wartości współczynników są następujące: r C : 0,45 r C+P : 1,70 r A : 1,15 14
(Tablica 6.3. KTKNPiP, dopuszczalny nacisk osi 115 kn, pozostałe drogi): f 1 : 0,50 (Tablica 6.4. KTKNPiP) f 2 : 1,00 (Tablica 6.5. KTKNPiP, szerokość pasa ruchu 3,5 m) f 3 : 1,00 (Tablica 6.6. KTKNPiP, pochylenie niwelety < 6%) Ruch projektowy na analizowanym odcinku jest następujący: N 100 = 0,5 x 1,0 x 1,0 x (729232 x 0,45 + 2080940 x 1,70 + 283605 x 1,15) = 2,095 mln osi 100 kn Prognozowany ruch obliczeniowy na analizowanym odcinku wynosi 2,095 mln osi 100 kn/pas. 4 STAN ISTNIEJĄCY 4.1 Stan nawierzchni istniejącej Istniejąca nawierzchnia znajduje się w złym stanie. Najczęściej występujące uszkodzenia to siatkowe spękania zmęczeniowe i koleiny w śladzie prawego koła (Fot. 1 i 3), a także długie odcinki uszkodzonych krawędzi jezdni (Fot. 2) oraz łaty i lokalne wyrwy. Występują również pojedyncze spękania poprzeczne (Fot 4). 15
Fot 1. Fot. 2 16
Fot. 3 Fot. 4 17
4.2 Konstrukcja nawierzchni istniejącej W Tabeli 2 przedstawiono zestawienie wyników odwiertów przez nawierzchnię istniejącą wraz z określeniem grupy nośności podłoża gruntowego. 18
podbudowa/ulepszone podłoża warstwy numer kilometraż kilometraż strona górna dolna warstwa grubość grubość asfaltowe odwiertu lokalny globalny L/P warstwa grubość podbudowy/ulepszone [cm] zastępcza [cm] podbudowy [cm] podłoże 33 1,000 11,060 L 18 KŁSM 12 kamień 9 52,5 G1 15/246/13 1,230 11,290 15 asf/bet 8 żwir, kamienie, piasek 37 56,5 G1 16a 1,490 11,550 P 17 KŁSM 28 62 G1 34 1,500 11,560 L 19 KŁSM 13 kamień 9 55,5 G1 35 1,700 11,760 L 16 KŁSM 8 kamień 10 45 G1 16/246/13 1,950 12,010 P 15 asf/bet 8 żwir, kamienie, piasek 27 51,5 G1 17a 2,240 12,300 L 15 KŁSM 26 56 G1 36 2,300 12,360 L 23 KŁSM 17 63 G1 37 2,550 12,610 P 15 - - 30 G1 17/246/13 2,840 12,900 L 14 asf/bet 3 żwir, kamienie, piasek 33 47,5 G1 38 3,050 13,110 P 13 KŁSM 27 53 G1 39 3,300 13,360 L 12 KŁSM 18 kamień 6 45 G1 18/246/13 3,530 13,590 L 12 bruk 20 54 G1 40 3,810 13,870 P 13 KŁSM 37 63 G1 41 4,050 14,110 L 13 KŁSM 27 53 G1 42 4,310 14,370 P 14 KŁSM 10 kamień 11 43,5 G1 43 4,800 14,860 L 15 KŁSM 24 54 G1 44 5,000 15,060 P 15 KŁSM 22 piasek średni 6 55 G1 Tabela 2: Zestawienie wyników odwiertów przez nawierzchnię istniejącą grupa nośności podłoża 19
4.3 Parametry warstw istniejącej konstrukcji W celu określenia parametrów warstw konstrukcji istniejącej została przeprowadzona analiza odwrotna wyników badań ugięć FWD [1]. W wyniku tej analizy uzyskano następujące wartości modułów sprężystości poszczególnych warstw nawierzchni na analizowanym odcinku (odcinek jednorodny 3 po stronie prawej nie wchodzi w zakres niniejszego opracowania): Wartości średnie: E1 (warstwy asfaltowe): 4780 MPa E2 (podbudowa): 104,5 MPa E3 (podłoże): 116,5 MPa Niestety, wyników powyższej analizy nie można uznać za wiarygodne. Uzyskanie rażąco niskich modułów sprężystości dla warstwy podbudowy (dla jednego z odcinków nawet 18 MPa (!)) wskazuje, że analiza obarczona jest błędem. Jest to dosyć często występująca sytuacja w przypadku analizy ugięć FWD odcinków o zmiennej konstrukcji nawierzchni. Prawdopodobnie zaniżone zostały wartości modułów podbudowy, a zawyżone wartości nośności podłoża. Do dalszych obliczeń przyjęto następujące wartości modułów dla poszczególnych warstw: 20
E1 (warstwy asfaltowe): 3000 MPa E2 (podbudowa): 200 MPa E3 (dolna warstwa podbudowy/ulepszone podłoże o ile występuje): 100 MPa E4 (podłoże): 80 MPa 5 PROJEKTOWANA KONSTRUKCJA WZMOCNIENIA NAWIERZCHNI Zaprojektowano następującą konstrukcję wzmocnienia nawierzchni: frezowanie istniejącej konstrukcji na głębokość 5 cm warstwa wyrównawcza: AC16W: min. 4 cm siatka przeciwspękaniowa z włókna szklanego warstwa wiążąca: AC16W: 6 cm warstwa ścieralna: SMA11: 4 cm W kolejnych punktach przedstawiono metodykę obliczeniową oraz wyniki obliczeń trwałości zmęczeniowej zaprojektowanej konstrukcji. 6 METODYKA OBLICZEŃ KONSTRUKCJI NAWIERZCHNI 6.1 Podstawowe założenia projektowe Do obliczenia trwałości zmęczeniowej nawierzchni zastosowano metody mechanistyczne. Naprężenia i odkształcenia w konstrukcji nawierzchni obliczano według teorii wielowarstwowej półprzestrzeni sprężystej. Do obliczeń konstrukcji nawierzchni przyjęto, zgodnie z [8] i [9] następujące założenia: Nawierzchnia obciążona osią obliczeniową 100 kn obciążenie na koło 50 kn; Ciśnienie kontaktowe pomiędzy kołem a nawierzchnią wynosi 850 kpa; Średnica zastępcza śladu koła wynosi 0,32 m; Czas obciążenia nawierzchni kołem wynosi 0,02 s; Moduły sprężystości warstw asfaltowych zależą od czasu obciążenia i temperatury. 6.2 Kryteria projektowe Zastosowano następujące kryteria projektowe: dla spękań zmęczeniowych warstw asfaltowych: kryterium AASHTO 2004; dla deformacji strukturalnej nawierzchni: kryterium Instytutu Asfaltowego. 21
Kryteria te są obecnie powszechnie stosowane przy projektowaniu nawierzchni w Polsce. Zostały m.in. wykorzystane przy projektowaniu konstrukcji przedstawionych w najnowszym KTKNPiP [8] (co zostało opisane w [9]). Konstrukcję nawierzchni zaprojektowano w taki sposób, aby w okresie 30 lat nie wystąpiły: spękania zmęczeniowe warstw asfaltowych na 10% powierzchni jezdni (kryterium punkt 6.2.1), deformacje trwałe nawierzchni, tzn. aby głębokość koleiny nie przekroczyła 12,5 mm (kryterium punkt 6.2.2). 6.2.1 Kryterium spękań zmęczeniowych warstw asfaltowych Do wyznaczenia trwałości zmęczeniowej warstw asfaltowych, tzn. ilości przyłożonych obciążeń do powstania zniszczenia, posłużono się następującymi zależnościami: gdzie: N f ruchu, N f = 7,3557(10 6 )Ck 1 ( 1 ε t ) 3,9492 ( 1 E )1,281 liczba przyłożonych obciążeń do wystąpienia spękań zmęczeniowych na 50% powierzchni pasa k 1 - parametr zależny od grubości warstw asfaltowych, wyznaczany ze wzoru: k 1 = 0,000398 + 1 0,003602 1 + e (11,02 1,374 h ac) gdzie: h ac - całkowita grubość warstw asfaltowych w konstrukcji ε t odkształcenie rozciągające na spodzie nowych warstw asfaltowych, E moduł sztywności najniższej nowej warstwy asfaltowej C współczynnik zależny od zawartości asfaltu i wolnych przestrzeni najniższej warstwy asfaltowej, wyznaczany ze wzorów: C = 10 M V b M = 4,84 ( 0,69) V a + V b gdzie: V b zawartość asfaltu [% objętościowo] V a zawartość wolnych przestrzeni [% objętościowo] Wyjściowy wzór na trwałość zmęczeniową warstw asfaltowych wg kryterium AASHTO 2004 zakłada zniszczenie nawierzchni w chwili powstania spękań na 50% powierzchni pasa. Taka wielkość nie może być zaakceptowana, dlatego konieczne jest przeliczenie trwałości przy założeniu dopuszczenia spękań na mniejszym procencie nawierzchni. Wykorzystuje się w tym celu następujące zależności: N FC = D N f 22
gdzie: N FC trwałość zmęczeniowa warstw asfaltowych do wystąpienia spękań na FC% powierzchni pasa D szkoda zmęczeniowa na spodzie warstw asfaltowych wyznaczana ze wzoru: gdzie: D = 1 100 10ln( 100 FC 1) 1 C 2 +2 FC dopuszczalny procent powierzchni pasa na której mogą wystąpić spękania zmęczeniowe C 2 współczynnik kalibracyjny wyznaczany ze wzoru: C 2 = 2,40874 39,748 (1 + h ac 2,54 ) 2,856 6.2.2 Kryterium deformacji strukturalnych (odkształceń trwałych podłoża gruntowego) Trwałość ze względu na deformacje trwałe nawierzchni określono posługując się poniższą zależnością: N DEF =(k/ POD ) 1/m gdzie: N DEF liczba dopuszczalnych obciążeń do powstania strukturalnej koleiny o głębokości krytycznej równej 12,5 mm, POD k,m k=1,05 x 10-2, m=0,223. - pionowe odkształcenie ściskające na górze podłoża gruntowego, współczynniki empiryczne: Obliczona trwałość jest mniejszą wartością trwałości z dwóch kryteriów: N = min {N FC ; N DEF } gdzie: N - liczba osi obliczeniowych w założonym okresie eksploatacji trwałość zmęczeniowa nawierzchni 6.3 Stałe materiałowe Wszystkie warstwy konstrukcji nawierzchni są charakteryzowane poprzez stałe materiałowe, tj.: E moduł sztywności/sprężystości warstwy [MPa], współczynnik Poissona [-]. 6.3.1 Nowe warstwy asfaltowe Parametry (moduł sprężystości oraz współczynnik Poissona) warstw asfaltowych przyjęto zgodnie z [9]. Dodatkowe parametry niezbędne do obliczenia trwałości zmęczeniowej (zawartość wolnych przestrzeni oraz zawartość asfaltu w najniższej warstwie asfaltowej) przyjęto zgodnie z [3]. 23
Parametry warstw asfaltowych przyjęte do obliczeń przedstawiono w Tabeli 3. warstwa ścieralna SMA11 wiążąca i wyrównawcza AC16W moduł sztywności w temp. +13 o [MPa] 7300 10300 współczynnik Poissona [-] 0,3 0,3 zawartość wolnych przestrzeni [% wg WT-2 4,0 7,0 v/v] przyjęta 6,0 zawartość wagowa wg WT-2 min 4,6 asfaltu [% m/m.] przyjęta 4,6 Zawartość objętościowa asfaltu [% v/v] obliczona 11,5 Tabela 3: Parametry warstw asfaltowych przyjęte do obliczeń 6.3.2 Istniejące warstwy konstrukcji Dla istniejących warstw konstrukcji nawierzchni przyjęto następujące parametry (patrz p. 4.3.): E [MPa] istniejące warstwy asfaltowe 3000 0,30 istniejąca podbudowa 200 0,30 istniejąca dolna warstwa podbudowy/ulepszone 100 0,30 podłoże Tabela 4: Parametry warstw istniejącej konstrukcji Dla istniejącego podłoża gruntowego przyjęto: E2 = 80 MPa = 0,35 24
7 WYNIKI OBLICZEŃ TRWAŁOŚCI ZMĘCZENIOWEJ ZAPROJEKTOWANEJ KONSTRUKCJI NAWIERZCHNI WG. METODY MECHANISTYCZNEJ W celu obliczenia i sprawdzenia grubości warstw konstrukcji nawierzchni posłużono się metodą mechanistyczną, opartą na wyznaczeniu trwałości zmęczeniowej konstrukcji nawierzchni na podstawie analizy stanu naprężeń i odkształceń w konstrukcji obciążonej kołem obliczeniowym. Metodyka obliczeń i przyjęte parametry warstw zostały przedstawione w p. 6. Jako dopuszczalną wielkość powierzchni spękań zmęczeniowych wg kryterium opisanego w p. 5.2.1 przyjęto FC = 10%. 7.1 Przyjęcie konstrukcji do obliczeń W celu wyboru przekroju obliczeniowego przeprowadzono analizę wyników odwiertów przez istniejącą nawierzchnię. Dla każdego z odwiertów obliczono tzw. grubość zastępczą przemnażając grubość poszczególnych warstw przez następujące współczynniki: warstwy asfaltowe: 2,0 podbudowa z bruku: 1,5 podbudowa z kruszywa łamanego: 1,0 podbudowa z betonu, asfaltu i żwiru: 1,0 ulepszone podłoże (kamienie, żwir): 0,5 Wyniki obliczeń grubości zastępczej przedstawiono w Tabeli 2. Następnie odrzucono 20% odwiertów o najniższej grubości zastępczej, a do obliczeń przyjęto konstrukcję nawierzchni istniejącej z dwóch odwiertów o najniższej grubości zastępczej z pozostałych 80%. Na podstawie tak przeprowadzonej analizy odrzucono odwierty nr 37 i 42, a zaprojektowaną konstrukcję wzmocnienia sprawdzono obliczeniowo dla istniejącej konstrukcji z odwiertów nr 35 i 39. Obliczenia przeprowadzono dla następujących konstrukcji: Otwór nr 35: podłoże E2 = 80 MPa istniejąca konstrukcja po sfrezowaniu na głębokość 5 cm: ulepszone podłoże: kamień: 10 cm podbudowa: kruszywo łamane: 8 cm warstwy asfaltowe: 11 cm 25
warstwa wyrównawcza: AC16W: min. 4 cm warstwa wiążąca: AC16W: 6 cm warstwa ścieralna: SMA11: 4 cm Otwór nr 39: podłoże E2 = 80 MPa istniejąca konstrukcja po sfrezowaniu na głębokość 5 cm: ulepszone podłoże: kamień: 6 cm podbudowa: kruszywo łamane: 18 cm warstwy asfaltowe: 7 cm warstwa wyrównawcza: AC16W: min. 4 cm warstwa wiążąca: AC16W: 6 cm warstwa ścieralna: SMA11: 4 cm 7.2 Wyniki obliczeń Wyniki odkształceń w konstrukcji przedstawiono w Tabelach 5 i 6, natomiast obliczoną trwałość zmęczeniową nawierzchni w Tabelach 7 i 8. 26
Tablica 5: Wyniki obliczeń odkształceń w konstrukcji nawierzchni otwór 39 Tablica 6: Wyniki obliczeń odkształceń w konstrukcji nawierzchni otwór 35 27
zawartość asfaltu Vb [%] 11,5 zawartość wolnych przestrzeni Va [%] 6 M -0.1590 C 0.6934 hac [cm] 14 k1' 250.0609 E [MPa] 10300 asf 83 Nf' 120662839 Fc [%] 10 C'2-2.5973 D 0.1426 odk.gr Nf gr Nf = Nf' x D 17202804 325 5863920 Tabela 7: Wyniki obliczeń trwałości zmęczeniowej nawierzchni otwór 39 zawartość asfaltu Vb [%] 11,5 zawartość wolnych przestrzeni Va [%] 6 M -0.1590 C 0.6934 hac [cm] 14 k1' 250.0609 E [MPa] 10300 asf 64,7 Nf' 322681121 Fc [%] 10 C'2-2.5973 D 0.1426 odk.gr Nf gr Nf = Nf' x D 46004388 293 9333668 Tabela 8: Wyniki obliczeń trwałości zmęczeniowej nawierzchni otwór 35 W obu przypadkach uzyskano trwałość zmęczeniową powyżej wymaganej wzmocnienie nawierzchni zaprojektowane prawidłowo 28
8 KONSTRUKCJE NA POSZERZENIACH Zaprojektowano następującą konstrukcję nawierzchni na poszerzeniach: podłoże ulepszone podłoże (patrz p. 9) dolna warstwa podbudowy zasadniczej: mieszanka niezwiązana C50/30: 22 cm podbudowa zasadnicza: AC22P: 6 cm siatka przeciwspękaniowa na połączeniu ze wzmocnieniem nawierzchni istniejącej warstwa wiążąca: AC16W: 6 cm warstwa ścieralna: SMA11: 4 cm 9 KONSTRUKCJE ULEPSZONEGO PODŁOŻA Konstrukcje ulepszonego podłoża, doprowadzające podłoże do grupy nośności G1 (nośność E2 = 100 MPa) zaprojektowano zgodnie z [8]. Zaprojektowano następujące konstrukcje dla poszczególnych grup nośności podłoża: Podłoże grupy nośności G1 oraz nasyp: podłoże G1 o nośności E2 80 MPa warstwa mrozoochronna: mieszanka niezwiązana o CBR>35%: 22 cm konstrukcja nawierzchni Podłoże grupy nośności G2: podłoże G2 o nośności E2 50 MPa warstwa mrozoochronna: mieszanka niezwiązana o CBR>35%: 28 cm konstrukcja nawierzchni Podłoże grupy nośności G3: podłoże G3 o nośności E2 35 MPa ulepszone podłoże: grunt stabilizowany spoiwem Rc 0,5 lub C04/05: 20 cm warstwa mrozoochronna: mieszanka niezwiązana o CBR>35%: 28 cm konstrukcja nawierzchni Podłoże grupy nośności G4: podłoże G4 o nośności E2 25 MPa ulepszone podłoże: grunt stabilizowany spoiwem Rc 0,5 lub C04/05: 25 cm warstwa mrozoochronna: mieszanka niezwiązana o CBR>35%: 28 cm konstrukcja nawierzchni 29
Grunty spoiste w stanie plastycznym i gorszym o nośności < 25 MPa: podłoże ulepszone podłoże: grunt stabilizowany wapnem lub spoiwem drogowym Rc 0,5: 35 cm podbudowa pomocnicza: mieszanka związana cementem C3/4: 20 cm konstrukcja nawierzchni Grunty organiczne: Wymiana gruntu lub posadowienie pośrednie według odrębnego opracowania. 10 SPRAWDZENIE WARUNKU MROZOODPORNOŚCI NAWIERZCHNI W związku z tym, że na analizowanym odcinku w podłożu pod nawierzchnia istniejącą zalegają niewysadzinowe grunty grupy nośności G1, sprawdzenie warunku mrozoodporności nie jest wymagane. Opracował: mgr inż. Piotr Mazurowski POM/0078/POOD/08 30